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[摘 要]在科技不断发展的背景下，越来越多的高新技术和新型产品逐渐渗透到社会的发展中，电子分析天平作为现代科技下的产物对于称量的准确性起着至关重要的作用，那么加强电子分析天平的研究也就成为了降低数据预处理难度的必然选择。本文通过构建数据自适应滤波的方式对电子分析天平的称量原理进行了深入分析，详细阐述了天平多阈值的判别方法以及对电子分析天平的计量进行了测试，以供参考。
[关键词]电子分析天平；称量；数据预处理；方法研究
中图分类号：TH715.1+16 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）29-0092-02
电子分析天平是现代化的科技产品，能够利用先进的科学技术进行称量，具有全自动故障检测，外置砝码，自动校准，全部线性四点校准，超载保护等多种应用程序，它的应用在一定程度上保证了测量的准确性，降低了数据预处理的难度；在高准确度质量称量的要求下，传统的称量方式已经不能满足数据预处理的需要，需要提高测量的可靠性、灵敏度和准确度，那么电子分析天平的应用也就成为了顺应社会潮流的必然趋势。目前我国的电子分析天平称量数据处理还处于初步发展阶段，在实际应用中还存在或多或少的问题，需要在探索的同时借鉴国外的先进思想和丰富经验，不断的改进和完善，使其在称量中能够得到普遍推广和广泛应用。
1.电子分析天平的自适应滤波方法
1.1 电子分析天平的称重原理
电子分析天平的工作原理就是利用电磁力的平衡原理将所测物体的质量进行一定的变换，通过电流检测、电压变换以及数字化运算进行准确的测量。电子分析天平在进行称重时需要借助平衡传感器对托盘进行平衡的控制和转换，例如在测量某一物体时，首先要使天平在空载的条件下接通电源，接通电源后会有大量的电流通过天平下端的线圈，从而产生电磁力，在平衡原理的作用下，天平会处于平衡状态；其次将所测物体放入天平托盘中，天平的重量发生变化，横梁在重量的影响下会出现倾斜的状况，平衡传感器中的位置检测器就会发出不平衡信号，电路在接收到这一信号后通过补充电流产生较大的电磁力，改变横梁的倾斜状况，使其呈现平衡状态【1】。如图1所示：
1.2 称量数据的自适应滤波方法
电子分析天平在测量的过程中很容易受到电磁波、电源波动、外界振动以及噪声的干扰，导致测量的稳定性和准确性受到很大的影响。下面就通过实验分析，对误差和滤波进行处理，对采样次数L，与天平的稳定程度等级S、输出速率R之间的关系进行分析，详细情况见表1：
分析：由表1可知，天平的稳定程度越好，天平稳定等价越高，采样的次数随着等级的升高而增加，但是输出速率呈现稳定不变的状态。由此可见要想保证天平称重的稳定性和准确性，降低电磁波、电源波动以及外界振动和噪声的影响就需要增加采样的次数【2】。
2.电子分析天平多阈值的判别
多阈值的判别是为了有效的解决天平在测量时稳定性和灵敏度之间的矛盾，首先要根据天平的分辨率以及噪声的幅度情况进行区域的划分，将其划分为3个不同幅度的阈值，然后进行等级的判断分别为第一等级、第二等级和第三等级，主要为各单元的平均值与第n-1次滑窗滤波器输出值mn-1的之差的绝对值分别与阈值进行多级比较判别。
第一等级判定：对Ar与mn-1的偏差进行判断，选择的正阈值为max，，如果满足，那么阈值将为第一等级【3】。
第二等级的判定：对Ar-1、Ar与mn-1的偏差用不同的等式来表示，分别为20（20=AR-1-mn-1）、21（21=Ar-mn-1），选择的正阈值为mid，如果满足|20|≤mind以及|21|≤mind，那么阈值将为第二等级。
第三等级的判定：对连续三个单元的数据进行判断，分别为Ar-2、Ar-1、Ar与mn-1的偏差分别为30（30=AR-2-mn-1）、31（31=Ar-1-mn-1）、32（32=Ar-mn-1），选择的正阈值为min，与上述判定方法相同，如果|30|≤min以及|31|≤min、|32|≤min，那么阈值将为第三等级
电子分析天平的灵敏度和阈值max有着密不可分的联系，而准确度与mid、min相关，所以要解决灵敏度和准确度矛盾时要考虑阈值的情况，一般经过上述实验可知，在max>2mid，mid>2min时，两者的关系能够得到有效的处理，在保证电子分析灵敏度的同时保证其准确性【4】。
3.电子分析天平的计量测试
3.1 称量数据预处理方法的参数确定
数据处理的参数包括多阈值的参数设置和自适应滤波方法中的参数确定。
多阈值的参数设置。多阈值参数的设置最主要的就是max、mid、min 的参数设置，电子分析天平的噪声幅度、灵敏度和准确性与阈值有着密不可分的联系，所以参数的设置首先要遵循分析天平灵敏度和准确性的要求，比如说阈值取定后根据稳定程度的等级对稳定的时间进行计算，从而保证其参数设置的合理性和可行性【5】。
自适应滤波方法中的参数确定。自适应滤波中的参数主要是转换器的输出速率、采样次数和稳定等级变量。这些变量在一定程度上受到电源波动、外界振动和噪声的影响，为了保证参数设计的合理性和可行性，需要全方位的考虑这些问题，根据波动情况对参数进行适当的调整。
3.2 天平的计量测试
天平的计量测试主要采用重复性测试和示值误差测试的方式进行【6】。所谓的重复性测试就是选取一定的荷载的砝码进行多次测量，并且对测量的结果进行记录，确保测量结果的差值不超过最大的允许范围；示值误差测试方法就是从零开始，荷载逐渐升高，然后再从最大荷载逐渐降低，中间出现的误差就为示值误差，示值误差的最大值不能超过允许的范围；通过两种计量测试方式进行更加准确的称重测量，保证数值的准确性，更好的进行数据预处理。
结束语：
综上所述，随着经济水平的不断提高和科学技术的不断革新，新型产品的应用成为产业发展的选择，电子分析天平属于现代化的科技产物，在称量中的应用不仅是对传统测量的突破，还在一定程度上推动了现代科技的发展；尤其是以往的称量如果要提高其准确度和可靠性，需要借助复杂的仪器，采用繁琐的测量方法，这无疑增加了数据预处理的难度，那么电子分析天平的应用也就显得格外重要了。笔者提出，电子分析天平的应用还不够成熟，需要进一步的研究和探索，比如说通过建立数据自适应滤波来对电子分析天平进行分析，更好的了解其运行情况，根据问题找到有效的解决措施，降低数据预处理的难度，保证其准确性。希望通过本文的简单分析，能够帮助相关工作人员更好的开展工作。
参开文献
[1] 陈良柱，滕召胜，杨敏等.电子分析天平称量数据预处理方法研究[J].电子测量与仪器学报，2010，24（12）：1107-1113.
[2] 杨敏.基于MSP430F449的智能电子分析天平设计[D].湖南大学，2009，12（8）：256-258.
[3] 陈良柱，滕召胜，杨敏等.电子分析天平的非线性影响与补偿方法研究[J].仪器仪表学报，2012，33（3）：581-587.
[4] 马玲.浅析电子分析天平的非线性影响与补偿方法[J].大科技，2014，34（28）：327-327，328.
[5] 马维清.如何进行电子分析天平期间核查[J].计量与测试技术，2014，41（6）：98-99.
[6] 王宝，唐求，滕召胜等.基于LabVIEW的电子分析天平管理系统设计[J].仪表技术与传感器，2011，22（1）：64-66，70.
[关键词]电子分析天平；称量；数据预处理；方法研究
中图分类号：TH715.1+16 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）29-0092-02
电子分析天平是现代化的科技产品，能够利用先进的科学技术进行称量，具有全自动故障检测，外置砝码，自动校准，全部线性四点校准，超载保护等多种应用程序，它的应用在一定程度上保证了测量的准确性，降低了数据预处理的难度；在高准确度质量称量的要求下，传统的称量方式已经不能满足数据预处理的需要，需要提高测量的可靠性、灵敏度和准确度，那么电子分析天平的应用也就成为了顺应社会潮流的必然趋势。目前我国的电子分析天平称量数据处理还处于初步发展阶段，在实际应用中还存在或多或少的问题，需要在探索的同时借鉴国外的先进思想和丰富经验，不断的改进和完善，使其在称量中能够得到普遍推广和广泛应用。
1.电子分析天平的自适应滤波方法
1.1 电子分析天平的称重原理
电子分析天平的工作原理就是利用电磁力的平衡原理将所测物体的质量进行一定的变换，通过电流检测、电压变换以及数字化运算进行准确的测量。电子分析天平在进行称重时需要借助平衡传感器对托盘进行平衡的控制和转换，例如在测量某一物体时，首先要使天平在空载的条件下接通电源，接通电源后会有大量的电流通过天平下端的线圈，从而产生电磁力，在平衡原理的作用下，天平会处于平衡状态；其次将所测物体放入天平托盘中，天平的重量发生变化，横梁在重量的影响下会出现倾斜的状况，平衡传感器中的位置检测器就会发出不平衡信号，电路在接收到这一信号后通过补充电流产生较大的电磁力，改变横梁的倾斜状况，使其呈现平衡状态【1】。如图1所示：
1.2 称量数据的自适应滤波方法
电子分析天平在测量的过程中很容易受到电磁波、电源波动、外界振动以及噪声的干扰，导致测量的稳定性和准确性受到很大的影响。下面就通过实验分析，对误差和滤波进行处理，对采样次数L，与天平的稳定程度等级S、输出速率R之间的关系进行分析，详细情况见表1：
分析：由表1可知，天平的稳定程度越好，天平稳定等价越高，采样的次数随着等级的升高而增加，但是输出速率呈现稳定不变的状态。由此可见要想保证天平称重的稳定性和准确性，降低电磁波、电源波动以及外界振动和噪声的影响就需要增加采样的次数【2】。
2.电子分析天平多阈值的判别
多阈值的判别是为了有效的解决天平在测量时稳定性和灵敏度之间的矛盾，首先要根据天平的分辨率以及噪声的幅度情况进行区域的划分，将其划分为3个不同幅度的阈值，然后进行等级的判断分别为第一等级、第二等级和第三等级，主要为各单元的平均值与第n-1次滑窗滤波器输出值mn-1的之差的绝对值分别与阈值进行多级比较判别。
第一等级判定：对Ar与mn-1的偏差进行判断，选择的正阈值为max，，如果满足，那么阈值将为第一等级【3】。
第二等级的判定：对Ar-1、Ar与mn-1的偏差用不同的等式来表示，分别为20（20=AR-1-mn-1）、21（21=Ar-mn-1），选择的正阈值为mid，如果满足|20|≤mind以及|21|≤mind，那么阈值将为第二等级。
第三等级的判定：对连续三个单元的数据进行判断，分别为Ar-2、Ar-1、Ar与mn-1的偏差分别为30（30=AR-2-mn-1）、31（31=Ar-1-mn-1）、32（32=Ar-mn-1），选择的正阈值为min，与上述判定方法相同，如果|30|≤min以及|31|≤min、|32|≤min，那么阈值将为第三等级
电子分析天平的灵敏度和阈值max有着密不可分的联系，而准确度与mid、min相关，所以要解决灵敏度和准确度矛盾时要考虑阈值的情况，一般经过上述实验可知，在max>2mid，mid>2min时，两者的关系能够得到有效的处理，在保证电子分析灵敏度的同时保证其准确性【4】。
3.电子分析天平的计量测试
3.1 称量数据预处理方法的参数确定
数据处理的参数包括多阈值的参数设置和自适应滤波方法中的参数确定。
多阈值的参数设置。多阈值参数的设置最主要的就是max、mid、min 的参数设置，电子分析天平的噪声幅度、灵敏度和准确性与阈值有着密不可分的联系，所以参数的设置首先要遵循分析天平灵敏度和准确性的要求，比如说阈值取定后根据稳定程度的等级对稳定的时间进行计算，从而保证其参数设置的合理性和可行性【5】。
自适应滤波方法中的参数确定。自适应滤波中的参数主要是转换器的输出速率、采样次数和稳定等级变量。这些变量在一定程度上受到电源波动、外界振动和噪声的影响，为了保证参数设计的合理性和可行性，需要全方位的考虑这些问题，根据波动情况对参数进行适当的调整。
3.2 天平的计量测试
天平的计量测试主要采用重复性测试和示值误差测试的方式进行【6】。所谓的重复性测试就是选取一定的荷载的砝码进行多次测量，并且对测量的结果进行记录，确保测量结果的差值不超过最大的允许范围；示值误差测试方法就是从零开始，荷载逐渐升高，然后再从最大荷载逐渐降低，中间出现的误差就为示值误差，示值误差的最大值不能超过允许的范围；通过两种计量测试方式进行更加准确的称重测量，保证数值的准确性，更好的进行数据预处理。
结束语：
综上所述，随着经济水平的不断提高和科学技术的不断革新，新型产品的应用成为产业发展的选择，电子分析天平属于现代化的科技产物，在称量中的应用不仅是对传统测量的突破，还在一定程度上推动了现代科技的发展；尤其是以往的称量如果要提高其准确度和可靠性，需要借助复杂的仪器，采用繁琐的测量方法，这无疑增加了数据预处理的难度，那么电子分析天平的应用也就显得格外重要了。笔者提出，电子分析天平的应用还不够成熟，需要进一步的研究和探索，比如说通过建立数据自适应滤波来对电子分析天平进行分析，更好的了解其运行情况，根据问题找到有效的解决措施，降低数据预处理的难度，保证其准确性。希望通过本文的简单分析，能够帮助相关工作人员更好的开展工作。
参开文献
[1] 陈良柱，滕召胜，杨敏等.电子分析天平称量数据预处理方法研究[J].电子测量与仪器学报，2010，24（12）：1107-1113.
[2] 杨敏.基于MSP430F449的智能电子分析天平设计[D].湖南大学，2009，12（8）：256-258.
[3] 陈良柱，滕召胜，杨敏等.电子分析天平的非线性影响与补偿方法研究[J].仪器仪表学报，2012，33（3）：581-587.
[4] 马玲.浅析电子分析天平的非线性影响与补偿方法[J].大科技，2014，34（28）：327-327，328.
[5] 马维清.如何进行电子分析天平期间核查[J].计量与测试技术，2014，41（6）：98-99.
[6] 王宝，唐求，滕召胜等.基于LabVIEW的电子分析天平管理系统设计[J].仪表技术与传感器，2011，22（1）：64-66，70.